用于防止或延缓近视发展的透镜设计和方法

摘要

提供一种透镜，其在由佩戴者佩戴时具有防止或延缓近视发展的作用。透镜具有光焦度分布，其通过产生轴上和偏轴近视散焦以减少由眼睛的光学构件产生的轴上和偏轴远视散焦。轴上和偏轴近视散焦通过对穿过光学部分的中心视觉区域的光线和穿过光学部分的周缘区域的光线提供正（+）光焦度的增加而产生。整体效果是在没有任何可察觉的个体中心视觉下降下防止或延缓近视发展。

说明书

本申请是申请日为2009年7月31日，发明名称为“用于防止或延缓近视发展的透镜设计和方法”的中国专利申请CN200980130693.3（PCT//US2009/052381进入中国国家阶段的申请）的分案申请，在此请求原案的相关优先权权益。

技术领域

本发明涉及接触透镜。具体是，本发明涉及旨在通过在接触透镜佩戴者的眼视网膜中提供近视折射刺激来减少近视发展的接触透镜设计和方法。

背景技术

接触透镜是由如塑料或玻璃的光学透明材料制成的、覆盖在眼睛角膜上的用于矫正视觉缺陷的薄透镜。现存各种种类的接触透镜，其被设计用于治疗各种视觉缺陷，如近视、远视、老花或散光，以及这些缺陷的组合。接触透镜的种类可进一步分为置于眼睛角膜上的“硬”接触透镜和置于眼睛角膜和周围巩膜上的“软”接触透镜。

典型的接触透镜具有作为透镜的光学部分的中心部分和作为透镜的承载部分的周缘部分。承载部分通常包含光学部分和承载部分接触处的过渡区，或混合区。光学部分通常从透镜的中心向外延伸约3.5到4毫米（mm）至光学部分与承载部分接触之处。这对应于弧矢半径r，其范围从透镜中心的r=0.0mm到r≈3.5或4.0mm的光学部分与承载部分接触处的边沿。典型的接触透镜的承载部分开始于光学部分末端（如在r≈3.5或4.0mm处）并向外延伸至r≈7.0的距透镜中心的径向距离。因而，典型的接触透镜的总直径为约14.0mm。

在典型的接触透镜设计中，透镜的光学部分提供视觉矫正的光焦度。透镜的承载部分用于固定透镜并使透镜舒适地适配在角膜上和/或眼睛的边缘，但一般并不被设计用于提供视觉矫正。众所周知，中心视觉比周缘视觉更为准确。受光体最为集中的部分是接近视网膜中心的称为中央凹的小凹陷。中央凹的直径为约0.2mm，在眼睛的视轴线的两侧呈约20分角。灵敏度在视网膜的周缘区域急剧下降，从而在偏离视轴大约5度处，灵敏度已下降到中心值的约1/3。

尽管接触透镜通常不被设计用于提供周缘视觉的光学控制，已提出，周缘视网膜可能对控制眼睛生长的正视化系统具有重要的影响。例如，已提出，周缘视网膜的模糊和散焦影响轴向眼生长，并在诸如近视的折射误差的发展中起作用。近视是近视眼的医学用语。近视产生于眼球沿其纵轴方向的过度生长。近视个体看近处的物体更为清晰，而看远距的物体模糊或不清晰。这些个体不借助矫正透镜无法看清远距的物体。因为眼球的过度轴向生长通常贯穿整个孩童时期和青春期，近视眼的状况常常随着时间恶化。近视已成为最常见的视觉问题。而且，近视眼个体易于患上多种严重的眼科障碍，如视网膜脱落或青光眼。可能这是因为在增大的近视眼睛中存在解剖变形。这些障碍的极端病征是导致失明的重要原因。

众所周知，近视源自于个体自身的遗传因素和环境因素的组合。多重复杂的遗传因素与折射误差的发展有关。迄今，没有现存的基因治疗方法可以防止或延缓近视的发展。研究者提出，近距离视觉的调节延迟产生导致眼睛轴向生长的远视散焦刺激，从而导致近视的发展。已经提出，使用提供轴上近视散焦的透镜可以除去导致眼睛过度生长的轴上远视散焦。例如，研究者已表明，在三年中，相比于佩戴相同时间的单个视觉透镜的同年龄且同度数的儿童人群，佩戴渐变增加透镜（PAL）的近视儿童表现出减少的近视发展。PAL产生轴上近视散焦。推测是PAL提供的轴上近视散焦移除了由光学构件产生的轴上远视散焦，从而降低近视发展。

还提出了，周缘远视散焦可能刺激眼睛轴向生长，从而导致近视发展。已经提出一种光学治疗系统用于对抗该影响，所述光学治疗系统包括透镜，其被设计用于通过在周缘（即偏轴）产生折射的近视偏移，并不造成中心（即轴上）影响以移除远视散焦。为达到这些功能，透镜具有：（1）轴上光学元件，其中心折射被优化，使得最小化通过眼睛的光学构件产生的任何中心（轴上）视网膜散焦，以提供最好的可能的中心视觉敏锐度；以及（2）偏轴光学元件，其被整形以提供用于矫正周缘（偏轴）远视散焦的周缘（偏轴）近视散焦。从而，该方法旨在仅移除由眼睛的光学构件产生的周缘（偏轴）远视散焦，而并不用于对由眼睛的光学构件产生的中心（轴上）远视散焦起任何影响。

尽管该方法可能对近视程度较高的个体适用，但是对于仅为轻微近视或近视早期的个体可能并不适用。对于仅为轻微近视或近视早期的个体，考虑到近距离视觉（即近距离视觉工作）折射状态，存在着较少的或不存在的周缘远视。在这些情况下，周缘近视散焦是过度的且会造成可能最终会提升近视发展速度的周缘远视刺激。因此，在以上情况下，使用产生周缘近视散焦的透镜不是防止或延缓近视发展的充分方案。

因此，需要有效防止或延缓近视发展的透镜设计和方法。

发明内容

提供了一种用于防止近视或延缓近视发展的透镜和方法。透镜至少包括光学部分和承载部分。光学部分从透镜中心向外延伸至光学部分的外周缘。透镜的承载部分与光学部分的外周缘通过承载部分的混合区连接。承载部分从光学部分的外周缘向外延伸至承载部分的外周缘。透镜具有光焦度分布，其产生轴上和偏轴近视散焦以减少由眼睛的光学构件产生的轴上和偏轴远视散焦。通过对为分别穿过透镜光学部分的中心视觉和周缘区域的中心和周缘光线提供增加的正（+）光焦度而产生轴上和偏轴的近视散焦。

根据另一实施例，透镜至少包括光学部分和承载部分。光学部分由透镜中心向外延伸至光学部分的外周缘。透镜的承载部分通过承载部分的混合区连接到光学部分的外周缘。承载部分从光学部分的外周缘向外延伸至承载部分的外周缘。透镜具有由复合数学函数限定的光焦度分布。限定光焦度分布的复合数学函数使得产生轴上和偏轴近视散焦，其作用以减少由眼睛的光学构件产生的轴上和偏轴远视散焦。所述分布通过对分别穿过透镜光学部分的中心视觉和周缘区域的中心和周缘光线提供增加的正（+）光焦度，从而产生轴上和偏轴的近视散焦。

所述方法包括选择用于限定透镜的光焦度分布的第一部分的第一数学函数，选择用于限定透镜的光焦度分布的第二部分的第二数学函数，以及组合第一个和第二数学函数以产生复合函数。限定所述分布的复合数学函数使得产生轴上和偏轴近视散焦，其作用以减少由眼睛的光学构件产生的轴上和偏轴远视散焦。所述分布通过对分别穿过透镜光学部分的中心视觉和周缘区域的中心和周缘光线提供正（+）光焦度的增加，从而产生轴上和偏轴的近视散焦。

本发明的这些和其他特征与优势通过以下的描述、附图和权利要求将变得显而易见。

附图说明

图1示出了根据用于防止或延缓近视发展的实施例的接触透镜1的俯视图；

图2示出了适用于图1所示透镜的两种不同的光焦度分布，其用于移除轴上和偏轴远视刺激以至少延缓近视发展；

图3示出了适用于图1所示透镜的光焦度分布的另一实例，其用于移除轴上和偏轴远视刺激以防止或延缓近视发展；以及

图4示出了呈现根据用于设计防止或延缓近视发展的透镜的实施例的方法的流程图。

具体实施方式

根据本发明，提供一种透镜，其产生轴上和偏轴近视散焦以减少由佩戴者的眼睛中产生的轴上和偏轴远视散焦。使用轴上和偏轴近视散焦减少轴上和偏轴远视散焦具有防止或至少延缓眼球沿纵轴的过度生长的效果。此外，虽然透镜产生轴上近视散焦，透镜不产生任何可察觉的佩戴者中心视觉的下降。

根据本发明，使用三类透镜进行实验：（1）仅提供轴上近视散焦的已知透镜设计；（2）仅提供偏轴近视散焦的已知透镜设计；以及（3）根据本发明设计的提供轴上和偏轴近视散焦的透镜。实验的目的之一是确定佩戴第（3）类透镜的个体的中心视觉的下降比佩戴第（1）和（2）类透镜的个体大多少。另一目的是确定第（3）类透镜对于防止或延缓近视发展的效果如何。

预期的是，第（3）类透镜相比于第（1）和（2）类透镜将会产生显著更多的中心视觉的下降。这是目前用于防止或延缓近视发展的尝试仅限于使用第（1）类或第（2）类透镜的主要原因。然而意外的是，实验结果表明，第（3）类透镜未造成可察觉的中心视觉的下降。如所预期的，实验的结果表明，第（3）类透镜对于防止或延缓近视发展有效。

这里所用术语“轴上”指沿眼球的纵向视轴线的位置。这里所用术语“偏轴”指未沿眼球纵向视轴线的位置。这里所用术语“近视散焦”表示在视网膜前方形成远距物体的图像的任何折射状态。这里所用术语“偏轴近视散焦”表示由透镜产生的不位于眼球纵向视轴线上的近视散焦。这里所用术语“偏轴近视散焦”可与术语“周缘近视散焦”相互替换。术语“轴上近视散焦”表示由透镜产生的在眼球纵向视轴线上的近视散焦。这里所用术语“偏轴近视散焦”可与术语“中心近视散焦”相互替换。

这里所用术语“远视散焦”表示在视网膜后方形成远距物体的图像的任何折射状态。这里所用术语“偏轴远视散焦”表示由透镜产生的不在眼球纵向视轴线上的远视散焦。这里所用术语“偏轴远视散焦”可与术语“周缘远视散焦”相互替换。术语“轴上远视散焦”表示由透镜产生的在眼球纵向视轴线上的远视散焦。这里所用术语“轴上远视散焦”可与术语“中心远视散焦”相互替换。

图1示出了根据用于防止近视或延缓近视发展的实施例的接触透镜1的俯视图。透镜1包括光学部分10和承载部分20。承载部分20包括连接光学部分10和承载部分20的混合部分30。光学部分10具有半径r，其范围通常为从透镜1的中心2的0.0mm到约3.5到4.0mm的光学部分10的周缘3的外边沿处。承载部分20有内半径r_I，其与光学部分10的半径r一致，以及外半径r_O，其与承载部分20的周缘11的外边沿一致且通常为约7.0mm到8.0mm。

光学部分10包括中心视觉区域和周缘区域。中心视觉区域位于光学部分10的中心部分，由虚线圆40表示。光学部分10的周缘区域位于中心视觉区域与光学部分10和混合部分30的相交位置之间。轴上近视散焦由光学部分10的中心视觉区域产生，其对穿过其的中心光线提供正（+）光焦度。穿过光学部分10的中心视觉区域的中心光线通常是指傍轴光线，其基本与眼球的纵向视轴线同轴。偏轴近视散焦由透镜的光学部分10的周缘区域产生，其也为穿过其的周缘光线提供正（+）光焦度。

尽管透镜1同时产生轴上和偏轴近视散焦，如上所述，已通过实验确定其不会可察觉地减损个体的中央视觉。亦如上所述，透镜提供的轴上和偏轴近视散焦防止或延缓过度眼生长的发展。这一效果可能是由于使用具有光焦度分布的透镜，光焦度分布由多个误差函数的组合限定或者由至少一个误差函数与至少一个不是误差函数的其他函数的组合限定，以上将在图2和3中详细描述。

图2示出了两种适用于图1中所示透镜的不同的光焦度分布100和200。透镜1可以被设计成具有与图2中所示不同的光焦度分布。图2中所示分布100和200仅为能够实现本发明目标的适当光焦度分布的实例。本领域技术人员根据本说明书可以理解如何设计能够实现本发明目标的其他光焦度分布。水平轴对应于到透镜1的中心的径向距离（以毫米为单位）。垂直轴对应于随着到透镜1的中心的距离变化的由透镜1提供的光焦度（以屈光度为单位）。分布100和200都关于在或者在非常接近透镜1的中心的一点上呈径向对称。从而，只描述与图2相关的分布100和200的左边部分。

首先参考分布100，其分别包括误差函数（Erf(x)）的第一和第二部分，100A和100B。第一和第二部分100A和100B在距透镜1的中心约2.5毫米处的半径或半直径处接触。光焦度分布100的第一部分100A在从透镜1中心到距透镜1中心约1.0mm的半径处具有远距视觉光焦度（如0屈光度），并且其光焦度在距透镜1中心约2.5mm的半径处逐渐升高至约1.0屈光度。所述分布100的第二部分100B在距透镜1中心约2.5mm的半径处具有约1.0屈光度的光焦度，并且其光焦度在距透镜1中心约4.0mm的半径处逐渐升高至约3.0屈光度。

至于分布200，与分布100相似，其包括误差函数（Erf(x)）的第一部分200A和第二部分200B。第一部分200A和第二部分200B在距透镜1中心约2.5毫米的半径处接触。光焦度分布200的第一部分200A从透镜中心向外到约1.0mm的半径处具有远距视觉光焦度（如0屈光度），并在距透镜中心约2.5mm的半径处光焦度逐渐升高至约1.0屈光度。分布200的第二部分200B在距透镜中心约2.5mm的半径处具有约1.0屈光度的光焦度并在半径约4.0mm的半径处光焦度逐渐升高至约2.0屈光度。

孩童的平均瞳孔尺寸为直径约5.0毫米，其通常对应于透镜1的光学部分10的中心视觉区域的直径。所以，设计分布100和200，从而，在透镜1的光学部分10的中心视觉区域之外，所述分布100的光焦度从约1.0屈光度升高到约3.0屈光度，或者分布200从约1.0屈光度升高到约2.0屈光度。换言之，该升高发生在光学部分10的周缘区域。

光学部分10的中心视觉区域提供的相对低的正（+）光焦度使得大部分或全部轴上远视散焦被移除。这减少或移除了轴上远视刺激，有助于防止或延缓近视发展。此外，在中心视觉区域中提供的低的正（+）光焦度减小了近距视觉紧张（stress）并增加了中心视觉的景深。从而，个体不会感觉到中心视觉的下降。在光学部分10的周缘区域提供的较高的正（+）光焦度使得大部分或全部偏轴远视散焦被移除。此外，在光学部分10的周缘区域提供的更高的正（+）光焦度产生偏轴近视刺激的总体增加，其对防止眼睛生长或至少延缓眼睛生长的发展有效果。

图3示出了适用于本发明的光焦度分布300的另一实例。与图2所示分布100和200相似，分布300关于在或者在非常接近透镜1的中心的一点呈旋转对称。分布300分别包括第一部分300A和第二部分300B，其在距透镜1的中心约2.5mm的半径处接触。第一部分300A对应余弦函数而第二部分300B对应误差函数（Erf(x)）。第一部分300A具有光焦度，其对应于透镜1的中心处的约0.8屈光度并在距透镜中心约1.5mm处逐渐下降至远距视觉光焦度（如0屈光度）。第一部分300A保持远距视觉光焦度直至距透镜中心的约2.0mm的半径处然后逐渐上升至在约2.25mm的半径处的约4.0屈光度的光焦度。

与分布300的300A部分对应的余弦函数在透镜1的中心处提供相对低的正（+）光焦度，其相比于分布100或者200中的任一个提供了更多的远视刺激，而不会可察觉地降低佩戴者的中心视觉质量。与分布300的部分300B对应的误差函数提供大于分布100或者200中的任一个提供的逐渐升高的正（+）光焦度。该上升出现在透镜1的光学部分10的周缘区域。由于分布300提供较大正（+）光焦度面积，分布300比图2所示的分布100和200提供了更主要的远视刺激。因此，对于一些佩戴者，分布300产生了更好的抗近视效果。

相比参考图2所描述的分布100和200，图3所示分布300在光学部分10的中心视觉区域提供了相对低的正（+）屈光度，其使得大部分或全部轴上远视散焦被移除。这减少了轴上远视刺激，从而防止或延缓近视发展。另外，中心视觉区域提供的低的正（+）光焦度对防止近距视觉紧张和增加中心视觉的景深具有影响。所以，个体不会觉察到中心视觉的下降。分布300在光学部分10的周缘区域提供较高的正（+）光焦度，使得大部分或全部偏轴远视散焦被移除。另外，光学部分10的周缘区域提供的较高的正（+）光焦度使得增加了偏轴近视刺激，其对防止眼睛生长或至少延缓眼睛生长的发展有效果。

透镜1的光焦度分布不局限于分布100、200和300。透镜1的分布也可以如下限定为随着距透镜1的中心的径向距离变化的正（+）光焦度的增加。根据分布由多个误差函数限定的实施例，如上参考图2所述，所述分布具有正（+）光焦度的第一增加，其范围为在从距透镜中心的约1.5mm的第一径向距离至约3.0mm的第二径向距离的径向距离上的自约0.5屈光度的最小第一正（+）光焦度至约1.5屈光度的最大第一正（+）光焦度。所述分布具有正（+）光焦度的第二最小增加，其等于在第二径向距离处的第一最大正（+）光焦度，和在比第二径向距离大至少0.5mm的第三径向距离处比第一最大正（+）光焦度大至少0.5屈光度的第二最大正（+）光焦度。

在光焦度分布由误差函数和至少一个其他函数（如余弦函数）限定的情况中，如参考图3所述的情况，透镜1的光焦度分布不限于分布300，且可被如下限定为随着距透镜1中心的径向距离变化的正（+）光焦度的增加。所述分布具有正（+）光焦度的第一增加，其范围为从在基本对应于透镜中心的位置处的约1.5屈光度的最大第一正（+）光焦度，至在从距透镜中心约1.0mm的第一径向距离到约2.0mm的第二径向距离的径向距离处的约0屈光度的最小第一正（+）光焦度。所述分布具有正（+）光焦度的第二增加，其范围为从等于在第二径向距离上的第一最小正（+）光焦度的第二最小正（+）光焦度，至在等于或大于约2.0mm的第三径向距离上的等于或大于约2.0屈光度的第二最大正（+）光焦度。

图4示出了根据用于设计防止或至少延缓近视发展的透镜的实施例的方法流程图。第一函数被选择用于限定透镜光焦度分布的第一部分，如方框401所示。该函数将是误差函数或一些其他函数，如余弦函数。第二函数被选择用于限定透镜光焦度分布的第二部分，如方框402所示。该函数将是误差函数。第一和第二函数组合成为复合函数，如方框403所示。执行由方框401—403所示过程的顺序可以与图4所描述的顺序不同，且具体过程（如方框401和402）可被作为单个过程的部分来执行。

函数中各项的取值可以在选择过程期间确定或在函数被组合成复合函数之后确定。通常，在通过上述参考图4的方法获得光焦度分布之后，可以在软件中进行计算机模拟，并可以对复合函数的各项的取值进行调整。当获得最终的光焦度分布后，可通过多种技术中的任一种制造具有所述分布的接触透镜，如喷射模制、抛光等。本发明不限定透镜制造技术或透镜制造材料。例如，透镜可以是由塑料材料制成的软接触透镜或由例如玻璃材料的刚性材料制成的硬接触透镜。

应该注意，本发明通过旨在阐明本发明原理和构思的几个说明性实施条例得到描述。然而，本发明并不局限于此处所描述的实施例。本领域技术人员根据此处的描述可以理解，可对此处描述的实施例进行多个修改而不偏离本发明范围。